avaliaÇÃo espectral de solos desenvolvidos em uma toposseqÜÊncia de diabÁsio e ... · 2003. 4....

Pesq. agropec. bras., Brasília, v.35, n.12, p.2447-2460, dez. 2000

AVALIAÇÃO ESPECTRAL DE SOLOS 2447

AVALIAÇÃO ESPECTRAL DE SOLOS DESENVOLVIDOS EM UMA TOPOSSEQÜÊNCIADE DIABÁSIO E FOLHELHO DA REGIÃO DE PIRACICABA, SP1

JOSÉ ALEXANDRE M. DEMATTÊ2, ROGÉRIO C. CAMPOS3 e MARCELO C. ALVES4

RESUMO - Este trabalho teve como objetivo estudar as alterações de solos desenvolvidos numatoposseqüência composta por diabásio e folhelho (Piracicaba, SP), e sua relação com os dados espectrais.Ocorrem na toposseqüência os solos Latossolo Roxo (LR), Latossolo Vermelho-Escuro (LE), PodzólicoVermelho-Escuro (PE), Litossolo (Li) e Aluvial (Al) dos quais foram coletadas amostras a três profun-didades. Foram obtidos dados de reflectância bidirecional dessas amostras em laboratório comespectrorradiômetro na faixa de 350 a 2.500 nm. As alterações da reflectância das amostras de solo dascamadas superficiais e subsuperficiais foram relacionadas às diferenças nos teores de matéria orgânica eargila, que foram parâmetros importantes na caracterização espectral dos solos. Ao longo datoposseqüência, ocorreram alterações nas características dos solos, principalmente nos teores de ferroe silte e na mineralogia, que influenciaram nos dados espectrais. Os solos desenvolvidos de diabásioapresentaram altos teores de ferro, o que refletiu em concavidades mais acentuadas nas curvas espectraisem 850 nm, e intensidades de reflectância menores, ao contrário dos solos desenvolvidos de folhelho.A reflectância do PE apresentou-se mais intensa do que o LR e LE. Os solos menos intemperizados Lie Al apresentaram intensidades de reflectância mais elevadas que os mais intemperizados, LR e LE.

Termos para indexação: sensoriamento remoto, radiometria, reflectância, intemperismo.

SPECTRAL REFLECTANCE OF SOILS DEVELOPED ON A TOPOSEQUENCEOF DIABASE AND SHALE IN PIRACICABA, SP, BRAZIL

ABSTRACT - The objective of the present research was to study the spectral reflectance of soilsdeveloped on a toposequence composed by diabase and shale, in Piracicaba region, São Paulo State,Brazil. Soil samples were collected at three depths along a transection, as they were, TypicHaplorthox (TH), Rhodic Paleudult (RP), Lithic Distrochrept (L) and Typic Fluvent (TF). Bidirec-tional spectral reflectance factors of the soil samples were obtained by using a spectroradiometer from350 to 2,500 nm in laboratory conditions. Spectral alterations observed between the surface and sub-surface layers were related to their organic matter and clay content differences; and these soil param-eters were important on the spectral characterization of the soils. Along the toposequence, alterationson the soil characteristics occurred, mainly on iron, silt and mineralogy, that influenced variations of thespectral data. Soils developed by diabase presented higher content of iron, that influenced the spectralcurve, with a deeper concavity shape at 850 nm, and lower reflectance intensity, differently of the soilsdeveloped by shale. The spectral curves of RP presented higher reflectance intensities from TH. Theless weathered soils, L and TF, presented higher reflectance intensity than the more weathered soil, TH.

Index terms: remote sensing, meteorological instruments, weathering.

1 Aceito para publicação em 26 de janeiro de 2000.2 Eng. Agrôn, Dr., Dep. de Solos e Nutrição de Plantas, Esco-

la Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (ESALQ), USP,Av. Pádua Dias, 11, CEP 13 418-900 Piracicaba, SP.E-mail: [email protected]

3 Eng. Agrôn., mestrando, ESALQ-USP. Bolsista da FAPESP.E-mail: [email protected]

4 Analista de Sistemas, Setor de Informática, ESALQ-USP.E-mail: [email protected]

INTRODUÇÃO

Uma nação moderna necessita dispor de informa-ções adequadas a respeito dos complexos aspectosinter-relacionados de suas atividades agrícolas, comoauxílio à tomada de decisões. O uso do solo é ape-nas um desses aspectos, mas o seu conhecimentotorna-se cada vez mais importante, na medida em quea nação planeja superar os problemas do desenvol-


J.A.M. DEMATTÊ et al.2448

vimento ao acaso, descontrolado e da deterioraçãoda qualidade ambiental, principalmente devido ao seuuso inadequado. Nesse aspecto, torna-se importan-te o conhecimento da base do sistema agrícola, o solo.

O desenvolvimento de novos e modernossensores vêm proporcionando maior exploração ci-entífica como contribuição relevante para o estudodos solos (Madeira Netto, 1996). Essas novas técni-cas vêm sendo desenvolvidas para auxiliar o estudoambiental, onde o conhecimento do comportamentoespectral torna-se importante para que os produtosde sensores remotos possam ser utilizados de ma-neira mais eficiente.

O solo é um dos objetos de maior complexidadedesse estudo, principalmente no nível orbital, hajavista a superfície quase sempre recoberta pela vege-tação. Contudo, com o advento de sensores remo-tos, que podem ser utilizados para realizar mediçõesno campo ou em laboratório, formou-se uma impor-tante linha de pesquisa para a caracterização dossolos através de sua energia refletida. O aprofun-damento dessas pesquisas no aspecto terrestre po-derá auxiliar pesquisas futuras no nível orbital (Huete,1996), uma vez que se espera a melhoria da qualidadedos dados obtidos com sensores instalados a bordode satélites pelo fato de sua evolução resultar emganho de poder de resolução espectral(Asrar & Dozier, 1994).

O estudo de características dos solos por meio detécnicas espectrais, principalmente em laboratório,tem auxiliado técnicos e pesquisadores no seu reco-nhecimento (Formaggio et al., 1996). Um melhor en-tendimento de como tais características dos solosatuam na reflectância deve ser buscado cada vez maise nos mais diferentes ambientes, como mostram ostrabalhos de Stoner et al. (1980) e Henderson et al.(1989). Por outro lado, poucos trabalhos relaciona-ram as alterações de solos numa toposseqüência comos respectivos dados espectrais, como realizado porDemattê et al. (1998a).

O conhecimento da variabilidade do solo é consi-derado de grande valia na definição das unidades demapeamento de solos (Oliveira, 1988). Da mesma for-ma, o estudo dos solos é extremamente importanteno entendimento da sua gênese, que, por sua vez, iráauxiliar no seu diagnóstico (Demattê & Marconi,1991). Em termos de sensoriamento remoto, porém,

verifica-se que muitos trabalhos atuam mais na ca-racterização espectral dos solos (Formaggio, 1983;Epiphanio et al., 1992), sem, entretanto, estabelecerrelações com as características genéticas do solo (quevariam ao longo do relevo) e sua energia refletida.Portanto, o desenvolvimento de técnicas que venhama contribuir na avaliação de solos ao longo de ver-tentes, mostra-se como uma importante contribui-ção para a comunidade, pois poderá auxiliar em le-vantamentos de solos.

Sabendo-se que as características dos solos vari-am numa paisagem (Demattê & Marconi, 1991) e quetais características afetam os dados espectrais(Demattê, 1995), supõe-se que a análise dareflectância seja capaz de detectar as alterações dossolos numa toposseqüência.

O presente trabalho teve por objetivos caracteri-zar e avaliar os solos desenvolvidos ao longo deuma toposseqüência composta por diabásio efolhelho da região de Piracicaba, com base em dadosespectrais obtidos por espectrorradiômetro em labo-ratório.

MATERIAL E MÉTODOS

Caracterização da área e delineamento do experi-mento

A área em que se encontra a toposseqüência (Fig. 1)está localizada no Estado de São Paulo, na região dePiracicaba, em uma longitude de 47°35' 0"W e uma latitu-de de 22°40' 0"S. A composição geológica é o diabásio daformação Serra Geral e o folhelho da formação Irati. O climaé o CWA (Köppen), tropical com inverno seco e verãochuvoso. A precipitação média anual é de 1.200 mm, e atemperatura média é de 21,4°C (Sentelhas et al., 1998).

Os solos foram classificados (Camargo et al., 1987;Estados Unidos, 1990), como: Latossolo Roxo (LR)distrófico textura muito argilosa (Typic Haplorthox),Latossolo Vermelho-Escuro (LE) eutrófico textura muitoargilosa (Typic Haplorthox), Podzólico Vermelho-Escuro (PE) distrófico textura muito argilosa (RhodicPaleudult), Litossolo (LI) distrófico textura média (LithicDistrochrept), Aluvial (Al) eutrófico textura argilosa(Typic Fluvent).

De acordo com a Embrapa (1999), os solos são classi-ficados como LR-Latossolo Vermelho distroférrico muitoargiloso, LE-Latossolo Vermelho eutrófico, PE-ArgissoloVermelho distrófico, Li-Neossolo Litólico distrófico, Al-Neossolo Flúvico Tb eutrófico.



Foi estabelecido um transecto na toposseqüência des-de a cota mais alta até a mais baixa, numa distância de1.240 m, no qual amostras de solos foram coletadas emtrês profundidades, 0-20, 40-60 e 80-100 cm, e distancia-das entre si em aproximadamente 150 metros. Foram aber-tos perfis de solos em locais de melhor representação dasclasses de solos presentes na área, para a sua classificação(Lemos & Santos, 1996).

Análise de solos

Nas amostras de solos foram realizadas análises quími-cas, a saber: pH (em CaCl2 0,01 mol L-1), matéria orgânica(método colorimétrico), fósforo (resina trocadora deânions), cálcio, magnésio e potássio (resina trocadora decátions), alumínio (extrator KCl, 1 mol L-1) e hidrogêniomais alumínio (solução tamponada SMP de acetato de cál-cio 1 mol L-1 a pH 7,0) (Raij et al., 1987). Pela análisegranulométrica, foram determinadas areia, silte e argila(Camargo et al., 1986). O ferro total foi determinado peloataque sulfúrico (Camargo et al., 1986) e o Ki pela relaçãomolecular SiO2/Al2O3. Para caracterização dos solos, fo-ram realizadas análises mineralógicas da fração argila(Jackson, 1969).

Obtenção dos dados espectrais

Para a obtenção dos dados espectrais, foi utilizado osensor Infra-Red Intelligent Spectroradiometer, IRIS(Geophysical & Environmental Research Corporation,1996), que recobre a faixa espectral entre 350 e 2.500 nmem laboratório. As amostras de solos foram secadas emestufa a 45°C por 24 horas, moídas e peneiradas (malha de2 mm), para homogeneização dos efeitos da umidade erugosidade (Epiphanio et al., 1992). Posteriormente, asamostras foram acondicionadas em placas de Petri e ilumi-nadas por uma lâmpada halógena de 650 W. Utilizou-se

480

500

520

540

560

580

600

0 500 1000 1500

Distância (m)

Alti

tude

(m

)

vv

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v

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vv -

-- - - --

-- -

-- - -

- - - -- --

---

-- --

1-LR2-LR

3-LR 4-LR5-LE

6-PE

7-Li

8-Al

RioPiracicaba

Diabásio Folhelho

FIG . 1. Esquema da toposseqüência e a posição dasamostragens de solo.

uma placa padrão, com 100% de reflectância calibrada pelaLabsphere (1996). A geometria utilizada foi: 61 cm lâmpa-da-alvo e alvo-sensor: 27 cm. Posteriormente, os dadospassaram por um software (Conviris), que calibrou os da-dos da placa de referência e realizou uma filtragem destes,eliminando o excesso de ruídos, para facilidade de inter-pretação (Demattê et al., 1998c). A relação entre a energiarefletida pelo alvo e a energia refletida pela placa de refe-rência gerou o fator de reflectância bidirecional (Nicodemuset al., 1977). Foram realizadas três leituras em cada amos-tra, sendo utilizada a curva espectral média nas discus-sões.

Análise descritiva das curvas espectrais

Para as análises descritivas das curvas espectrais foramavaliadas as seguintes características: a) tipo de curva: re-alizado pela comparação descritiva entre as curvasespectrais obtidas por Stoner & Baumgardner (1981);b) inclinação: determinada pela utilização de um transferi-dor, por meio do qual mediu-se o ângulo formado pelacurva espectral e uma reta traçada perpendicularmente aoeixo “x” (comprimento de onda). Esses valores foram ob-tidos em relação às bandas centradas em 400, 500, 600 e1.600 nm (Fig. 2a). A escolha dessas bandas deveu-se aofato de estarem posicionadas em locais que permitem diag-nosticar a inclinação da curva ao longo de todo o espectroóptico; c) intensidade das bandas: nos intervalos de 400 a600 nm e 780 a 1.000 nm, foi avaliada a intensidade deabsorção na curva espectral, utilizando-se os parâmetros:concavidade forte, média, fraca, ou nula, e convexidadeforte, média, fraca ou nula (Fig. 2b). Além disso, nas ban-das de absorção centradas em 1.400, 1.900, 2.200, 2.265 e2.365 nm, foram estabelecidos parâmetros comparativosda intensidade de absorção, sendo elas designadas como:nula, muito fraca, fraca, fraca moderada, moderada, mode-rada intensa ou intensa.

Análise estatística dos dados espectrais

Com o objetivo de definir grupos homogêneos median-te a união de células em função de seus valores quantitati-vos, foi utilizada a análise de grupamentos ou “ClusterAnalysis” (Average Linkage), utilizando o StatisticalAnalysis System (SAS Institute, 1989). A análise degrupamentos consiste numa variedade de técnicas ealgoritmos cujo objetivo é o de separar unidades em gru-pos semelhantes. Curi (1983) menciona que cada indiví-duo pertence a uma amostra multivariada e pode ser consi-derado como um ponto dentro de um espaço euclidianomultidimensional, quando são realizadas em uma unidadediversas medidas. O presente método foi escolhido pela



FIG . 2. Esquematização da metodologia aplicada naavaliação das curvas espectrais: a) compri-mentos de onda onde foram avaliadas asangulações; b) faixas espectrais e bandas deabsorção onde foram avaliadas as intensida-des de absorção; c) comprimentos de onda(nm) cujos valores de reflectância foram uti-lizados para agrupamento estatístico das cur-vas (análise de cluster), sendo: 1 (350), 2 (405),3 (460), 4 (540), 5 (611), 6 (710), 7 (750), 8(800), 9 (901), 10 (1.026), 11 (1.240), 12 (1.376),13 (1.414), 14 (1.860), 15 (1.923), 16 (2.129),17 (2.211), 18 (2.253), 19 (2.281) e 20 (2.498).

3

0,30

0,25

0,20

0,15

0,10

0,05

0,00

400 600 800 1.000 1.200 2.0001.400 1.600 2.200 2.400

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0,002.200

1.900

2265 2365

c

a

a

1098

1.400

12 132 11

18

1917

7

4 65 1614 15 20

Comprimento de onda nm

Fat

or d

e re

flect

ânci

a

0,30

0,25

0,20

0,15

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0,05

0,00

Comprimento da onda

Fat

or d

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flect

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a

0,30

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0,20

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0,10

0,05

0,00

Fat

or d

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a

0,30

0,25

0,20

0,15

0,10

0,05

0,00

Fat

or d

e re

flect

ânci

a

400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 2.200 2.400

1.400 1.900

22652365

31

Comprimento de onda (nm)

a

b

c

possibilidade de construção de grupos hierárquicos eaglomerativos, onde, por meio de fusões sucessivas dos nobjetos, vão sendo obtidos n-1, n-2,.., grupos, até quetodos os objetos sejam reunidos em um grupo. Essa análi-se consistiu em avaliar, comparativamente, os dadosespectrais das amostras de solos, verificando as semelhan-tes e as diferentes estatisticamente. Para tanto, primeira-

mente foram determinadas, mediante avaliação de todas ascurvas espectrais dos solos, as principais bandas que po-deriam auxiliar na sua discriminação, bem como indicar astendências da forma das curvas. Os comprimentos de onda(nm) escolhidos recobrem todo o espectro eletromagnéti-co e as bandas de absorção, e estão representados na Fig. 2c.Nessa análise, participaram os fatores de reflectância decada amostra de solo, das três profundidades. A partir dis-so, o programa analisou os fatores de reflectância e reali-zou o agrupamento (clusters) das curvas dos solos.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Caracterização espectral dos solos

Normalmente o LR está localizado nas cotas maisaltas, com relevo plano a suave ondulado, sem gra-diente textural e boa micro-agregação. São solos pro-fundos, intemperizados e muito argilosos (Tabela 1).O LE é muito similar ao LR, diferindo basicamente noteor de ferro. O PE é caracterizado por apresentar umhorizonte A moderado e horizonte B textural, e ocor-rem em relevos ondulados. Os Li, por sua vez, sãosolos rasos, com, no máximo, 50 cm de profundidadee seqüência de horizontes A, C e R. Os Al ocorremnas margens do rio Piracicaba e foram formados pordeposição de sedimentos (Fig. 1).

Basicamente, os LR e os LE apresentaram curvasespectrais do Tipo 5, grupo caracterizado por soloscom elevado teor de óxidos de ferro e textura argilo-sa, de acordo com Stoner & Baumgardner (1981), eEpiphanio et al. (1992). Descritivamente, a avaliaçãodos ângulos de inclinação das curvas espectraisem faixas específicas do espectro óptico mostrouvariações entre os solos. As inclinações em 500 nm(Tabela 2) apresentaram valores mais elevados emrelação aos LR e LE, na faixa de 70 a 83 graus, e no Lie Al, de 37 a 55 graus. Isto ocorreu justamente devi-do à maior absorção de energia em razão dos teoresde ferro mais elevados no LR e LE (Tabela 1). Isto ératificado pela análise descritiva da forma e intensi-dade de absorção. Na faixa espectral entre 780 e1.000 nm, as concavidades do LR e LE foram classifi-cadas como fraca a média, passando a convexidadesfraca ou até nula no Li e no Al.

Os LR apresentaram reflectância baixa entre 0,03e 0,15 (Fig. 3a), não apresentando tendência a au-mentar ao longo do espectro estudado (350 a

0,30

0,25

0,20

0,15

0,10

0,05

0,00

0,00


AV

AL

IAÇ

ÃO

ESPE

CT

RA

L D

E SO

LO

S2451

Solo1 Amostra SB Ca T V m Granulometria Fe2O3 KiProfundidade(cm)

M.O.(g kg-1) --------- (mmolc kg-1) --------- -----(%)---- Areia Silte Argila

Cor úmida(Munsell) ------- (g kg-1) -----

---------- (g kg-1) ----------LR-d-mg 1A 0 – 20 29 38,6 23 78,6 49 5 130 120 750 2.5 YR 3 / 4 219,0 1,6

1B 40 – 60 27 19,5 13 61,5 32 13 120 120 760 2.5 YR 3 /3 _3 _

1C 80 – 100 19 17,9 11 43,9 41 0 140 100 760 2.5 YR 3 / 3 204,1 1,5

LR-e-mg 2A 0 – 20 32 66,5 39 106,5 62 0 120 140 740 2.5 YR 3 / 2 186,1 1,42B 40 – 60 19 38,1 28 66,1 58 0 30 110 860 2.5 YR 3 / 3 _ _

2C 80 – 100 17 25,4 18 41,4 61 0 260 110 630 2.5 YR 3 / 4 186,6 1,2

LR-d-mg 3A 0 – 20 34 26,9 17 76,9 35 13 140 120 740 2.5 YR 3 / 2 186,3 1,53B 40 – 60 27 20,1 14 80,1 25 31 90 130 780 2.5 YR 3 / 3 _ _

3C 80 – 100 24 14,5 10 74,5 19 41 120 100 780 2.5 YR 3 / 3 174,3 1,5

LR-d-mg 4A 0 – 20 37 34,2 19 95,2 36 8 110 130 760 2.5 YR 3 / 4 171,1 1,34B 40 – 60 22 10,3 7 60,3 17 54 110 110 780 2.5 YR 3 / 4 _ _

4C 80 – 100 22 15,4 11 45,4 34 28 120 110 770 2.5 YR 3 / 4 161,4 1,5

LE-e-mg 5A 0 – 20 24 37,3 24 67,3 55 5 250 130 620 2.5 YR 3 / 4 114,8 1,45B 40 – 60 19 24,3 18 64,3 38 0 180 100 720 2.5 YR 3 / 4 _ _

5C 80 – 100 14 17,2 13 29,2 59 0 220 100 680 2.5 YR 3 / 6 110,2 1,5

PE-d-g 6A 0 – 20 12 21,4 14 39,4 54 16 430 200 370 2.5 YR 4 / 2 42,7 1,66B 40 – 60 12 19,5 16 47,5 41 32 260 150 590 2.5 YR 5 / 6 _ _

6C 80 – 100 9 9,6 6 47,6 20 70 190 180 630 2.5 YR 4 / 4 53,4 2,1

Li-d-md 7A2 0 – 20 24 20,4 14 58,4 35 31 430 280 290 5 YR 3 / 2 30,2 2,07B 40 – 60 12 18,8 13 48,8 39 30 440 270 290 5 YR 4 / 2 19,3 2,2

Al-e-g 8A 0 – 20 24 13,7 9 49,7 28 37 500 260 240 5 YR 4 / 2 39,5 2,28B 40 – 60 12 49,7 23 67,7 73 0 340 230 430 5 YR 4 / 4 _ _

8C 80 – 100 9 74,5 35 90,5 82 0 240 220 540 5 YR 4 / 4 38,6 2,0

TABELA 1. Análise química e granulométrica das amostras de solos coletadas na topossequência.

1 LR: Latossolo Roxo; LE: Latossolo Vermelho-Escuro; PE: Podzólico Vermelho-Escuro; Li: Litosolo; Al: Aluvial; d: distrófico; e: eutrófico; md: média; g: argiloso; mg muito argiloso.2 Solo raso, amostra de solo detectada até 60 cm.3 Não analisado.



Solo1 Tipo2 Inclinação das bandas, em graus Forma e Intensidade dasbandas3

Intensidade nas bandas4

400 500 600 1600 400 a 600 780 a 1.000 1.400 1.900 2.200 2.265---------------------------------------------------- (nm) ----------------------------------------------------------

LR-1A 5 150 83 45 89 cfr cfr mf mf f mfLR-1C 5 148 80 45 90 cfr cfr mf mf f n

LR-2A 5 148 77 51 89 cfr cfr mf mf f mfLR-2C 5 144 76 49 87 cfr cm mf mf f mf

LR-3A 5 157 81 62 87 cfr cm mf mf f mfLR-3C 5 154 78 59 89 cfr cm mf mf f mf

LR-4A 5 142 71 49 88 cfr cfr mf mf f mfLR-4C 5 131 76 52 89 cfr cm mf mf f mf

LE-5A 5 157 79 44 89 cm cfr f f fm mfLE-5C 5 149 70 48 89 cm cm f f fm mf

PE-6A 5 150 48 48 90 cm cn f f m mfPE-6C 5 156 44 50 90 cft cfr mf mf mi mf

Li-7A 2 158 53 50 89 cfr cvfr f f mi nLi-7B 2 156 55 42 88 cm cn mf f f mf

Al-8A 2 155 51 51 82 cfr cfr mf fm fm nAl-8C 5 156 37 49 91 cft cn mf mi mi n

TABELA 2. Descrição das curvas espectrais das amostras de solos da toposseqüência.

1 LR: Latossolo Roxo; LE: Latossolo Vermelho-Escuro; PE: Podzólico Vermelho-Escuro; Li: Litosolo; Al: Aluvial; A, B e C: 0 - 20, 40 - 60 e 80 -100 cm de profundidade, respectivamente.

2 Tipos de curvas de acordo com Stoner & Baumgardner (1981).3 cm: concavidade média; cfr, concavidade fraca; cft: concavidade forte; cn: concavidade nula.4 mf: muito fraca; f: fraca; fm: fraca moderada; m: moderada; mi: moderada intensa; i: intensa, n: nula.

2.500 nm), o que está de acordo com observações deEpiphanio et al. (1992), quanto aos LR de São Paulo,e Demattê & Garcia (1999) quanto aos LR do Paraná.Os altos teores de ferro (Tabela 1) contribuíram paraisso, considerando que este atributo absorve ener-gia (Mathews et al., 1973). Além disso, a presença demagnetita, que é comum nestes solos, contribuiu coma baixa intensidade de reflectância no visível e noinfravermelho (Hunt et al., 1971). A forma côncavada curva espectral em 850 nm indicou a pre-sença de óxidos de ferro, o que concorda comVitorello & Galvão (1996).

As feições em 1.400 nm (devidas às vibraçõesdas moléculas de água e grupos OH-) apresentaram-se como muito fracas a fracas, enquanto que em

1.900 nm (devida principalmente a água,Lindberg & Snyder , 1972), foram muito fracas em LRe LE, passando a moderadas nos Li e Al (Tabela 2).O fato de as bandas nos LR e LE serem menos acen-tuadas (Figs. 4, 5 e 6) está ligado aos maiores teoresde minerais opacos, como a magnetita e a ilmenita,que não apresentam feições espectrais e têm refle-xão muito baixa, podendo mascarar feições de absor-ção (Hunt et al., 1971). Na medida em que este mine-ral opaco diminui no Li e no Al, essas bandas ficammais pronunciadas (Fig. 7).

Por outro lado, a mineralogia também influi.Os argilominerais caulinita, montmorilonita evermiculita apresentam estrutura e adsorção de mo-




400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 2.200 2.400

Fat

or d

e re

flect

ânci

a

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0,20

0,25

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0,45

0,50

LR

LE

PE

Li

Al

Al, Li: Ausência daconcavidade

Feição maisacentuada

PE: Concavidadeintermediária

Aumento dareflectância

Caulinita

LR, LE: Concavidadedevida aos óxidos de ferro

Feição poucoacentuada

Gibbsita

a

b0,8

0,6

0,4

0,2

0

Fat

or d

e re

flect

ânci

a

Comprimento da onda (nm)400 700 1.000 1.300 1.600 1.900 2.200 2.500

Caulinita (1)

Vermiculita (2)

Montmorilonita(1)

FIG . 3. a) Curvas espectrais médias das amostras de solo na profundidade de 0 a 20 cm; b) (1) curvas damontmorilonita e caulinita (Demattê, 1995); (2) curva da vermiculita (Grove et al., 1992); c) Curva dagibbsita (Madeira Netto, 1996).

2.100 2.200 2.300 2.400

Gibbsita2265 nm

Comprimento da onda (nm)

c0,4

0,3

0,2

0,1

Fat

or d

e re

flect

ânci

a



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0,05

0,10

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0,25

0,30

1-LR

Bandas de absorção atenuadas devidas à mineralogia,principalmente os opacos


400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 2.200 2.400

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30Curvas espectrais homogêneasem profundidade

Presença degibbsita

Presença degibbsita

2-LR

Fat

or d

e re

flect

ânci

a

___ 0-20 cm ...... 40-60 cm ---- 80-100 cm

FIG . 4. Curvas espectrais individuais do LatossoloRoxo (1-LR e 2-LR).

FIG . 5. Curvas espectrais individuais do LatossoloRoxo (3-LR e 4-LR).

0,00

0,05

0,10

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0,20

0,25

0,30


400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 2.200 2.400

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

Absorções devidasaos óxidos de ferro

Baixa reflectância

___ 0-20 cm ...... 40-60 cm ---- 80-100 cm

3-LR

4-LR

Fat

or d

e re

flect

ânci

a FIG . 6. Curvas espectrais individuais do LatossoloVermelho-Escuro (5-LE) e do Podzólico Ver-melho-Escuro (6-PE).

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

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0,35

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0,45

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400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 2.200 2.400

0,00

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0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

a

bFeição menos acentuada devidaà influência da matéria orgânica

Intensidade da banda de absorçãomais nítida devida aomenorteor de matériaorgânica

Fat

or d

e re

flect

ânci

a

Presençadegibbsita

Ondulação devida aosgrupos OH- da caulinita Banda da

caulinita

Não apresentagibbsita

Feições devidasà caulinita

___ 0-20 cm ...... 40-60 cm ---- 80-100 cm

5-LE

6-PE

léculas de água diferentes (Dixon & Weed, 1977), eatuam diferenciadamente na banda em 1900 nm(Demattê et al., 1998d). Os solos Al e Li apresenta-ram vermiculita e micas em sua composição, detecta-da pelos difratogramas de raios-X, enquanto o PE,

LR e LE, não. De acordo com Grove et al. (1992), avermiculita promove feições de absorção pronunci-adas em 1900 nm (Fig. 3b). Isso explica as feiçõesmais pronunciadas no Li e Al em relação aos outrossolos, e são mais evidentes nas amostras de sub-superfície (Figs. 4 a 7).

A presença de caulinita é determinada pela bandade absorção em 2.200 nm (Demattê et al., 1995), como formato característico de uma “ondulação”, e foidetectada nas curvas de todos os solos (Fig. 3a e3b) com comprovação pela análise de raios-X compicos em 0,72 e 0,36. Tal absorção ocorre devido àpresença dos grupos OH- deste mineral, amplamen-te comprovado por trabalhos como os deLindberg & Snyder (1972), Riazza (1993), Demattê(1995) e Demattê et al. (1998c). A nitidez da “ondula-ção” é bem evidente na curva do mineral puro(Fig. 3b), e menos evidente quando analisada em



amostras de solo (Fig. 3a), justamente devido à vari-abilidade mineralógica de cada solo, ou, ainda, devi-do à presença de matéria orgânica, que pode masca-rar esta feição na camada de 0-20 cm.

A ocorrência de óxidos de alumínio, como agibbsita promove feição em 2.265 nm (Fig. 3c), deacordo com Madeira Netto (1996), e foi detectadanas curvas espectrais do LR e LE (Figs. 4 e 6), nãoaparecendo no PE, Li e Al (Figs. 6 e 7), o que foicomprovado pelas análises de raios-X.

O PE não se diferenciou dos LE e LR em termosdescritivos, de acordo com Stoner & Baumgardner(1981), e apresenta curvas do Tipo 5. Por outro lado,a inclinação da curva demonstra valores menores,na faixa de 48 graus, contra 70 a 83 dos LR eLE (Tabela 2). Além disso, a concavidade do PE en-tre 780 e 1.000 nm foi caracterizada como nula a fraca,caracterizando os maiores valores de ferro no LR eLE (Tabela 1), e sua intensidade de reflectância foisempre maior que no LR e LE.

Os Li e os Al apresentaram curvas do Tipo 2, ca-racterística de solos com baixos teores de ferro(Stoner & Baumgardner, 1981). Além disso, o forma-to da curva do Al é bem diferente dos outros solos,apresentando fator de reflectância em ascendênciados 450 aos 2.500 nm (Fig. 7).

Amostras de solos em profundidade

A caracterização de solos num levantamento pres-supõe a avaliação das amostras em profundidade.Portanto, para caracterização dos solos, também fo-ram analisadas as curvas espectrais de amostras dediferentes profundidades (Figs. 4 a 7).

O LR apresentou curvas espectrais extremamentesemelhantes (Figs. 4 e 5). Em alguns casos (amos-tras 2, 3 e 4), verificou-se que camadas dasubsuperfície (80-100 cm) apresentaram intensidadesde reflectância mais elevadas em relação às camadasde superfície em parte do espectro eletromagnético.Os teores de Fe2O3 e argila entre as camadas da su-perfície e subsuperfície praticamente não variaramnos LR (Tabela 1). Por outro lado, os teores de maté-ria orgânica foram mais baixos na camada de 80a 100 cm. Assim, entre 550 e 1.900 nm, a intensidadede reflectância aumentou da amostra da superfíciepara a mais profunda, devido ao menor teor de maté-ria orgânica em subsuperfície, concordando comColeman & Montgomery (1987). Fato semelhanteocorreu com os LE (Fig. 6a).

No Al, por sua vez, o fato foi mais pronunciado(Fig. 7a), pois a amostra de solo coletada entre 80 e100 cm de profundidade obteve maior intensidadede reflectância numa faixa espectral maior. Especifi-camente no caso do Li (profundidade 40-60 cm), ofato se explica por que a diferença de matéria orgâni-ca entre as duas camadas chega a 100% e o Fe2O3 a60%, diferença bem maior que no LR (Tabela 1). Alémdisso, os elevados valores de Fe2O3, TiO2 e Al2O3,comum nos LR apresentam maior correlação negati-va com a reflectância em relação à matéria orgânica(Galvão et al., 1997), explicando por que as curvasem profundidade são mais semelhantes nestes so-los.

A análise descritiva (Stoner & Baumgardner,1981) entre amostras de terra em diferentes profundi-dades (Tabela 2) não diagnosticou diferenças, comexceção do Al, onde na camada superficial foi do

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a


400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 2.200 2.400

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0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

b

Banda de absorção indicandoa presença de caulinita

Aumento da intensidade de reflectância, devidoprincipalmente à diminuição no teor de matéria orgânica

Inversão das curvas devidaà alteração de texturae matéria orgânica

Fat

or d

e re

flect

ânci

a

Feição acentuadadevida às moléculasde água presentesnos minerais 2:1

___ 0-20 cm ...... 40-60 cm ---- 80-100 cm

7-LI

8-AI

FIG . 7. Curvas espectrais individuais do Litossolo(7-Li) e do Aluvial (8-Al).



Tipo 2, e em subsuperfície foi do Tipo 5. Tal fato estádiretamente relacionado à diminuição de 24 g kg-1

para 9 g kg-1 de matéria orgânica e pouca variaçãonos teores de ferro (Tabela 1). Portanto, na camadasuperficial, a matéria orgânica mascarou a feição de-vida ao ferro, ao passo que em subsuperfície o efeitodo ferro sobressaiu (Fig. 7b). O efeito de atenuaçãode feições das curvas da camada superficial tambémpode ser visualizado nas bandas em 1900 e 2200 nmdevido à mineralogia do PE (Fig. 6b).

A faixa de comprimento de onda em que atua amatéria orgânica ainda deve ser melhor explorada(Demattê et al., 1998d). Coleman & Montgomery(1987) verificaram sua atuação entre 400 e 1.200 nm.Por outro lado, em estudos de tratamento químicode amostras de terra, Demattê & Garcia (1999) verifi-caram que a remoção de matéria orgânica de amos-tras do LR provocou aumento na intensidade dereflectância entre 400 e 2.500 nm, fato anteriormenteobservado por Madeira Netto (1996). Galvão et al.(1997) concluíram que as diferenças entre as intensi-dades da reflectância da camada da superfície paraas da subsuperfície estão associadas às inter-rela-ções nos teores de matéria orgânica e outros compo-nentes do solo, como a textura. Nesse caso, da ca-mada da superfície para a da subsuperfície tende aocorrer um aumento da reflectância no visível, devi-do à diminuição do teor de matéria orgânica, e tendea decrescer no infravermelho próximo, devido ao au-mento no teor da fração argila. Tal observação pode-ria explicar por que Demattê (1995) verificou que emsolos muito argilosos ocorre aumento de reflectânciaem superfície (com maior teor de matéria orgânica)para a segunda camada (com pouca matéria orgâni-ca) na faixa entre 400 a 1.200 nm. Além disso, issoexplicaria as observações em profundidade aquiverificadas (Figs. 4 a 7). Um caso típico pode ser ve-rificado nas curvas espectrais do Al (Fig. 7b). O teorde matéria orgânica das camadas 0-20, 40-60 e80-100 cm diminui, da mesma forma que o teor deargila aumenta (Tabela 1). Nesta seqüência (camada Apara B para C), observou-se que a intensidade dereflectância no visível aumenta, enquanto noinfravermelho diminui, ocorrendo uma inversão deintensidades entre as curvas.

Alteração das características dos solos ao longo datoposseqüência e sua relação com dados espectrais

O LR encontrou-se na cota mais alta datoposseqüência, vindo a seguir os LE (Fig. 1).Da amostra 1 para amostra 4 do LR, todas as curvassão muito semelhantes, confundindo-se inclusivecom a amostra 6 do LE, embora esta tenha valores dereflectância maiores (Figs. 4 a 6). Ambos são muitoargilosos e cor igual, com teores de Fe2O3 mais ele-vados que os outros solos e cor igual (2,5 YR), ge-rando curvas espectrais semelhantes (Fig. 3a). Ape-sar disso, notou-se pequeno aumento na intensida-de de reflectância do LR para o LE, e pode ser expli-cado pela diminuição no teor de ferro (Tabela 1), con-cordando com Epiphanio et al. (1992) e Formaggioet al. (1996). Nesses casos, o teor de ferro configura-se como um dos importantes atributos que estão in-fluenciando, haja vista que os LR, por definiçãoclassificatória (Camargo et al., 1987), apresentam te-ores mais elevados.

O solo seguinte da seqüência, o PE, apresentouteor de ferro baixo (Tabela 1), contribuindo para umaumento na intensidade de reflectância em relaçãoao LR e LE (Fig. 3a). Aliás, Demattê et al. (1998a) ve-rificaram que o ferro foi um fator importante que ex-plicou as variações no comportamento espectral desolos numa toposseqüência da região de Piracicaba.

Na toposseqüência, à medida que passamos dodiabásio em direção ao folhelho, o teor de ferro dimi-nuiu, e o teor de silte aumentou (Fig. 1, Tabela 1),além de ocorrer uma diminuição dos minerais opa-cos, como a magnetita. A presença desses mineraisinfluencia na diminuição das intensidades dereflectância (Hunt et al., 1971), assim como o silte foium dos atributos mais importantes que influencia-ram a reflectância para Mathews et al. (1973). De fato,o Li e o Al apresentaram os teores de silte mais eleva-dos da seqüência (Tabela 1), enquanto o PE ficounuma faixa intermediária, justificando sua semelhan-ça (em termos de intensidade) com o Li.Demattê & Garcia (1999) verificaram que os altos te-ores de silte presentes nos Brunizém Avermelhados,foi um dos fatores que influenciaram sua maior in-tensidade de reflectância em relação ao LR. Os baixosteores de ferro e minerais opacos e os altos teores desilte presentes no Li e Al foram importantes fatoresque influenciaram a maior intensidade de reflectância



em relação ao LR e LE (Fig. 3a). Essas observaçõesconcordam com Galvão et al. (1997), para os quais osLR, desenvolvidos de basalto, apresentaramreflectância mais baixas que Cambissolos.

Demattê & Garcia (1999) verificaram a existênciade correlação entre o intemperismo de solos desen-volvidos de basalto e a intensidade de reflectância.Os solos LR e LE apresentam-se como os maisintemperizados da seqüência, caracterizados pelosmenores valores de Ki (Moniz, 1973), e menor rela-ção silte/argila (Vambek, 1962), vindo a seguir os Li eos Al (Tabela 1). Nesta seqüência, os LR e LE apre-sentaram intensidades de reflectância bem menores(na faixa de 0,14 a 0,16 de fator de reflectância) contravalores bem maiores para os Li e Al (na faixa de 0,29a 0,4 de fator de reflectância), conforme apresentadona Fig. 3a, o que concorda com observações prelimi-nares de Demattê & Garcia (1999). Além disso, verifi-cou-se que, na medida em que passamos dos solosmais intemperizados, com mineralogia oxídica ecaulinítica, nos solos mais jovens, com minerais 2:1 ecaulinita, ocorrem alterações nas feições de absor-ção em decorrência desses atributos.

O Li, bem próximo do material de origem folhelho(Fig. 1), e com elevado teor de silte (Tabela 1), foicaracterizado pela inexistência da concavidade em850 nm (Fig. 7a) devida, basicamente, aos óxidos deferro (Vitorello & Galvão, 1996), pouco comuns nes-tes solos.

A textura também é um fator importante na varia-ção das características dos solos ao longo datoposseqüência. Hunt & Salisbury (1971) descreve-ram que o quartzo apresentou alta intensidade dereflectância, enquanto Al-Abbas et al. (1972) verifi-cou que solos argilosos absorvem mais energia queos solos arenosos. Além disso, White et al. (1997)verificaram os altíssimos valores de reflectância ob-tidos pelo quartzo, chegando a 80%, sem nenhumtipo de feição de absorção. Nesse caso, o Al foi osolo que apresentou os teores mais elevados de areia,cuja composição predominante é o quartzo, apresen-tando maior intensidade de reflectância (Fig. 3a), con-tra as menores intensidades dos solos argilosos.Além disso, verificou-se que o solo com maior teorde areia (com presença de quartzo), apresenta a ten-dência de aumento da intensidade de reflectâncianum sentido ascendente, de 600 a 2.500 nm, enquan-

to os solos mais argilosos (com presença demagnetita) possuem uma tendência nula quase hori-zontal. Os resultados indicam a influência dessescomponentes nas variações da reflectância.

Suliman (1989) verificou a influência de compo-nentes do calcário na maior refletividade dos solos.Posteriormente, Demattê et al. (1998b) concluíram queo cálcio apresentou refletividade positiva em solos.A maioria das amostras (Tabela 1) apresenta teoresde cálcio variáveis. O PE, o Li e o Al, com intensida-des de reflectância maiores que os LR e osLE (Fig. 3a), apresentam o cálcio com os menoresvalores na camada superficial (Tabela 1). Isso indicaque, apesar de o cálcio influenciar positivamente areflectância, a porcentagem dessa influência é pe-quena para estes solos, onde os elementosmineralógicos e orgânicos estão predominando.

Estatisticamente, a “análise de cluster” determi-nou quatro grupos de solos, sendo respectivamen-te, grupo 1 do Li, grupo 2 do Al, grupo 3 do PE egrupo 4 dos LR+LE. Ou seja, os solos LR e LE foramconsiderados como os mais semelhantesespectralmente, sendo a maioria dos outros solosestudados pertencentes a grupos diferentes. Aliás,conforme demonstrado anteriormente, os LR e LEapresentaram-se como os mais homogêneos entresi, apesar das pequenas diferenças na intensi-dade de reflectância. De acordo com Cole-man & Montgomery (1987), Coleman et al. (1991) eDemattê & Garcia (1999), os dados espectrais, avali-ados estatisticamente, têm boa potencialidade emauxiliar na determinação de grupos de solos.

CONCLUSÕES

1. A matéria orgânica, os teores de ferro, areia, siltee argila são os atributos que mais influem nos dadosespectrais; as alterações das curvas espectrais emamostras superficiais e subsuperficiais de solos sãodecorrentes dos teores de matéria orgânica e argila,tendo sido importantes na sua caracterização.

2. Ao longo da toposseqüência, ocorrem altera-ções nas características dos solos que influenciam aforma, as feições de absorção, e a intensidade dascurvas espectrais, detectadas pelas análises descri-tivas e estatísticas.



3. Os solos desenvolvidos do diabásio apresen-tam altos teores de ferro, o que se reflete emconcavidades mais acentuadas nas curvas espectraisem 850 nm, e intensidades de reflectância menores,ao contrário dos solos desenvolvidos de folhelho.

4. Os solos menos intemperizados, Litossolo eAluvial, apresentam intensidade de reflectância e fei-ções de absorção diferentes das dos desenvolvidosde diabásio, Latossolo Roxo e Latossolo Vermelho-Escuro, devido às diferenças na sua composição.

AGRADECIMENTOS

À FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa doEstado de São Paulo), pelo apoio na aquisição dosistema sensor IRIS, e pela bolsa de Iniciação Cientí-fica do segundo autor; ao CNPq, pela bolsa de Pes-quisador do primeiro autor (respectivamente proces-sos números 95/6259-6; 97/05530-3; 300371/96-9(RN)); a Denise Carrano, por ceder a fazenda SantaRita, onde foi realizado o trabalho.

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avaliaÇÃo espectral de solos desenvolvidos em uma toposseqÜÊncia de diabÁsio e ... · 2003. 4....

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